Novo método da Universidade de Chicago extrai lítio com pureza de 99%

De acordo com pt.wedoany.com-Pesquisadores da Pritzker School of Molecular Engineering da Universidade de Chicago (University of Chicago Pritzker School of Molecular Engineering) desenvolveram um novo método que extrai seletivamente lítio com pureza de 99% a partir de uma solução com proporção de sódio para lítio de 1000 para 1. O método baseia-se no processo de intercalação eletroquímica (electrochemical intercalation), comum em baterias e supercapacitores, que insere íons em uma estrutura em camadas de outro material ao aplicar uma corrente elétrica.

Ao ser utilizada para extrair materiais da água, a tecnologia forma um filtro de alimentação forçada, que utiliza corrente elétrica para puxar íons de lítio com carga positiva através de canais microscópicos. No entanto, esses canais, ao permitirem a passagem de íons de lítio, também acomodam outros íons, incluindo o sódio. A equipe de pesquisa descobriu que o comportamento dos íons de lítio ao atravessar os canais iônicos do material em camadas (neste estudo, óxido de cobalto) é controlado por uma interação de empurra-puxa entre duas forças. Essa descoberta não só representa um avanço na ciência pura, mas também aponta direções para o desenvolvimento de novas técnicas práticas de extração.

O primeiro autor do artigo, Dr. Grant Hill, ex-aluno de pós-graduação da PME da Universidade de Chicago (turma de 2024), afirmou que o objetivo da equipe é desenvolver materiais que possam separar seletivamente o lítio de outros sais, sendo o principal concorrente o sódio, que possui propriedades químicas extremamente semelhantes ao lítio em termos de carga e tamanho. O lítio é um material essencial para a indústria de baterias, mas os métodos atuais de extração predominantes, como o uso de grandes quantidades de ácido para fundir minério de espodumênio calcinado ou a construção de enormes salinas para bombear e evaporar salmouras subterrâneas, não são ambientalmente amigáveis.

Chong Liu, professor associado da PME da Universidade de Chicago e autor correspondente do estudo, destacou que durante o processo de extração sempre ocorrem duas reações paralelas: uma impulsionada pela carga elétrica, quando a corrente é aplicada ao material, e outra em que o material naturalmente busca o equilíbrio. Hill comparou os canais iônicos a uma rodovia cercada por estacionamentos. Quando os íons de sódio se inserem, eles comprimem os sítios vizinhos de lítio, fazendo com que os "estacionamentos" das regiões liofílicas sejam preenchidos. Para superar esse desafio, os pesquisadores precisam otimizar o tamanho das partículas de lítio e encontrar um equilíbrio entre as duas reações concorrentes. A primeira dessas reações é o processo de intercalação impulsionado pela corrente (ou seja, o tráfego na rodovia), e a segunda é o processo de troca iônica, no qual os íons de sódio e lítio buscam o equilíbrio (ou seja, a taxa de entrada dos íons nos estacionamentos).

O estudo mostra que o processo de equilíbrio ocorre em sua própria taxa, mas os pesquisadores podem controlar a velocidade com que os íons são bombeados. Isso significa que a "velocidade" da primeira reação pode ser configurada em três opções: mais rápida, mais lenta ou igual à da segunda reação. Chong Liu afirmou que esses três estados se comportam de maneiras drasticamente diferentes, e somente quando se dá tempo suficiente para que a troca iônica alcance a intercalação é possível obter uma resposta altamente reversível do material. A pesquisa revela que inserir íons lentamente e encontrar o tamanho de partícula ideal é a chave para alcançar essa reversibilidade.